一种混合励磁同步电机气隙磁通与电流相量角控制方法

摘要

本发明公开了一种混合励磁同步电机气隙磁通与电流相量角控制方法，通过控制d轴电流i_d、q轴电流i_q和励磁电流i_f，保持气隙磁通与电流相量角θ等于90°。电机运行于低速区，根据负载大小控制控制i_d、i_q和i_f使θ等于90°。当负载转矩小于额定转矩时，励磁电流为0，通过控制i_d和i_q使θ等于90°；当负载转矩大于额定转矩时，通过协调i_d、i_q和i_f使θ等于90°。电机运行于高速区时，利用i_d与i_f共同弱磁，通过i_d、i_q和i_f协调控制θ等于90°。混合励磁同步电机气隙磁通与电流相量角控制方法使逆变器的容量得到充分利用，且对定子电压和伏安容量要求较低，特别适用于大功率和大容量调速系统。

主权项

一种混合励磁同步电机气隙磁通与电流相量角控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)从电机主电路采集相电流i_a、i_b和励磁电流i_f，对电机进行初始位置检测，从电机编码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角θ；(2)将采集的相电流i_a、i_b经跟随、滤波、偏置和A/D转换，然后进行帕克变换，得到两相旋转坐标系下的定子d轴电流i_d和q轴电流i_q；(3)用给定转速n^*减去编码器实测转速n，将得到的转速偏差△n输入速度调节器，经比例积分运算后得到转矩参考值将转矩参考值实测转速n和给定转速n^*输入电流分配器，根据转速判断电机运行区间：当实际转速小于额定转速时，则混合励磁同步电机运行于低速区，进入步骤(4)，否则，混合励磁同步电机运行于高速区，进入步骤(5)；(4)判断负载转矩是否满足T_L≤T_N，其中T_L为负载转矩、T_N为额定转矩；当T_L≤T_N时，无需增磁控制，i_fref＝0，保持气隙合成磁链与电流相量之间的夹角θ等于90°，根据下列方程组求解计算d轴电流参考值i_dref、q轴电流参考值i_qref和励磁电流参考值i_fref，电流分配器按照求解得到的电流分配方案输出电流，然后进入步骤(6)：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{dref}=\frac{-{\psi }_m-\sqrt{{\psi }_m^2+4L_d{L}_q{i}_{qref}^2}}{2L_d}\\ i_{qref}=\frac{2T_{eref}}{3p\left[{\psi }_m+\left(L_d-L_q\right)\left(\frac{-{\psi }_m-\sqrt{{\psi }_m^2+4L_d{L}_q{i}_{qref}^2}}{2L_d}\right)\right]}\\ i_{fref}=0\end{array}\right.$当T_L>T_N时，进行增磁控制，根据下列方程组求解计算d轴电流参考值i_dref、q轴电流参考值i_qref和励磁电流参考值i_fref，电流分配器按照求解得到的电流分配方案输出电流，然后进入步骤(6)：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{dref}=\frac{-{\psi }_{exc}-\sqrt{{\psi }_{exc}^2+4L_d{L}_q{i}_{qref}^2}}{2L_d}\\ i_{qref}=\frac{2T_{eref}}{3p\left[{\psi }_{exc}+\left(L_d-L_q\right)\left(\frac{-{\psi }_{exc}-\sqrt{{\psi }_{exc}^2+4L_d{L}_q{i}_{qref}^2}}{2L_d}\right)\right]}\\ i_{fref}=I_{fN}\end{array}\right.$其中，ψ_exc＝ψ_m+M_fi_fref，i_dref为d轴电流参考值，i_qref为q轴电流参考值，i_fref为励磁电流参考值；ψ_m为永磁体磁链，p为电机极对数；I_fN为励磁电流额定值，L_d、L_q分别为定子绕组d轴和q轴电感，M_f为电枢绕组与励磁绕组之间的互感，T_eref为电磁转矩参考值；(5)采用d轴电流i_d和励磁电流i_f同时弱磁，保持气隙合成磁链与电流相量之间的夹角θ等于90°，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流，进入步骤(6)：$\left\{\begin{array}{c}{i}_{dref}=\frac{\frac{U_{dc}}{\sqrt{3}{\omega }_e}-\left({\psi }_m+M_f{i}_{fref}\right)}{L_d}\\ i_{qref}=\sqrt{\frac{i_{dref}\left[{\psi }_m+L_d{i}_{dref}+M_f{i}_{fref}\right]}{L_q}}\\ i_{fref}=\frac{\frac{2T_{eref}}{3{\mathrm{pi}}_{qref}}-\left[{\psi }_m+i_{dref}\left(L_d-L_q\right)\right]}{M_f}\end{array}\right.$其中，ω_e为电角速度，U_dc为母线电压；(6)用电流分配器所产生的d轴电流参考值i_dref减去步骤(2)中的d轴电流i_d得到d轴电流偏差△i_d，用q轴电流参考值i_qref减去步骤(2)中的q轴电流i_q得到q轴电流偏差△i_q，将所述d轴电流偏差△i_d输入d轴电流调节器进行比例积分运算，得到d轴电压u_d，将所述q轴电流偏差△i_q输入q轴电流调节器进行比例积分运算，得到q轴电压u_q，然后对所述d轴电压u_d和q轴电压u_q共同进行旋转正交‑静止两相变换后，得到静止两相坐标系下α轴电压u_α和β轴电压u_β，将所述α轴电压u_α和β轴电压u_β输入脉冲宽度调制模块，运算输出6路脉冲宽度调制信号，驱动主功率变换器；同时将步骤(1)中采集的励磁电流i_f，经跟随、滤波、偏置与A/D转换后和励磁电流参考值i_fref一起送入直流励磁脉宽调制模块，运算输出4路脉冲宽度调制信号来驱动励磁功率变换器。